[發(fā)明專利]視頻編碼和解碼

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280012477.0
• 申請(qǐng)日: 2012-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN103444174B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·拉羅徹;P·烏諾;E·弗朗考伊斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佳能株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H04N19/52
• 分類號(hào): H04N19/52;H04N19/139;H04N19/513;H04N19/43
• 代理公司: 北京魏?jiǎn)W(xué)律師事務(wù)所11398
• 代理人: 魏?jiǎn)W(xué)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于對(duì)數(shù)字圖像序列進(jìn)行編碼的方法和裝置以及用于對(duì)相應(yīng)的位流進(jìn)行解碼的方法和裝置。

本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其屬于使用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償來減少視頻流中的空間冗余和時(shí)間冗余的視頻壓縮領(lǐng)域。

背景技術(shù)

例如H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、SVC的許多視頻壓縮格式使用基于塊的離散余弦變換(DCT)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償以去除空間冗余和時(shí)間冗余。這些格式可被稱為預(yù)測(cè)視頻格式。視頻信號(hào)的各幀或圖像被分割成編碼后的并且能夠獨(dú)立進(jìn)行解碼的片(slice)。片通常是幀的矩形部分、或者更通常為幀的一部分或整個(gè)幀。此外，各片被分割成多個(gè)宏塊(MB)，并且各宏塊被進(jìn)一步分割成塊、通常為8×8個(gè)像素的塊。在目前處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中的最新的高效率視頻編碼(HEVC)中，各片被分割成非重疊的最大編碼單位(LUC)、通常是大小為64×64個(gè)像素的塊。而各LCU可以使用四叉樹分解被迭代地分割成較小的可變大小的編碼單位(CU)。各CU可以進(jìn)一步被分割成最大為2個(gè)對(duì)稱矩形的分區(qū)單位。這些編碼幀為(被稱為P幀的根據(jù)一個(gè)參考幀而預(yù)測(cè)到的或者被稱為B幀的根據(jù)兩個(gè)參考幀而預(yù)測(cè)到的)時(shí)間預(yù)測(cè)幀和(被稱為內(nèi)幀或I幀的)非時(shí)間預(yù)測(cè)幀這兩種類型。

時(shí)間預(yù)測(cè)在于從參考幀(視頻序列的先前幀或?qū)韼?中發(fā)現(xiàn)最接近要編碼的塊的圖像部分或參考區(qū)域。該步驟已知為運(yùn)動(dòng)估計(jì)。接著，連同與表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償要使用的參考區(qū)域的運(yùn)動(dòng)矢量有關(guān)的運(yùn)動(dòng)信息項(xiàng)一起，對(duì)要編碼的塊和參考部分之間的差進(jìn)行編碼(運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償)。

為了進(jìn)一步降低對(duì)運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行編碼的代價(jià)，已提出了利用相對(duì)于通常根據(jù)要編碼的塊周圍的塊的運(yùn)動(dòng)矢量所計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的差來對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行編碼。

在H.264中，針對(duì)根據(jù)位于要編碼的塊的因果鄰域(例如根據(jù)位于要編碼的塊的上方和左方的塊)中的運(yùn)動(dòng)矢量所計(jì)算出的中值預(yù)測(cè)結(jié)果來對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行編碼。僅對(duì)中值預(yù)測(cè)結(jié)果和當(dāng)前塊運(yùn)動(dòng)矢量之間的差(還被稱為殘差運(yùn)動(dòng)矢量)進(jìn)行編碼。

使用殘差運(yùn)動(dòng)矢量的編碼節(jié)省了若干位率，但需要解碼器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的相同計(jì)算從而對(duì)要解碼的塊的運(yùn)動(dòng)矢量的值進(jìn)行解碼。

近來，已提出了諸如使用多個(gè)可能運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果等的進(jìn)一步改進(jìn)。被稱為運(yùn)動(dòng)矢量競(jìng)爭(zhēng)的該方法在于在幾個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果或候選之間判斷哪個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果使殘差運(yùn)動(dòng)信息的編碼代價(jià)(通常為率失真代價(jià))最小。該殘差運(yùn)動(dòng)信息包括殘差運(yùn)動(dòng)矢量(即，要編碼的塊的實(shí)際運(yùn)動(dòng)矢量和所選擇的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果之間的差)、以及例如所選擇的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的索引的編碼值等的表示所選擇的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的信息項(xiàng)。

在目前處于標(biāo)準(zhǔn)化過程中的高效率視頻編碼(HEVC)中，已提出了以下：在參考幀中，從要編碼的當(dāng)前塊的上方的預(yù)定組的塊中選擇第一空間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果，從該當(dāng)前塊的左方的另一預(yù)定組的塊中選擇第二空間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果，并且從同位置塊中選擇時(shí)間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果。同位置塊是位于與要編碼的塊相同位置處、但是在另一圖像中的塊。該運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果選擇方案被稱為高級(jí)運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)(AMVP)。

作為運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果選擇的結(jié)果，獲得了混合有空間預(yù)測(cè)結(jié)果和時(shí)間預(yù)測(cè)結(jié)果的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果候選的集合，其中依賴于各種空間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果和時(shí)間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的可用性，該集合由O、1、2或3個(gè)候選構(gòu)成。為了減少在位流中發(fā)送運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的開銷，通過應(yīng)用除去重復(fù)的運(yùn)動(dòng)矢量、即具有相同值的運(yùn)動(dòng)矢量的抑制處理來縮減運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的集合。例如，在上述的第一空間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果和第二空間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果相等的情況下，應(yīng)僅保持這兩者的其中一個(gè)以及時(shí)間運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果作為運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)候選。在這種情況下，僅需要1位來向解碼器指示運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的索引。

還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果候選進(jìn)行排序，從而將最可能的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果定位于第一位置，這是因?yàn)樵谶x擇第一候選作為最佳預(yù)測(cè)結(jié)果的情況下發(fā)生最小開銷。

由于可以使用較少的位來對(duì)所選擇的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果的指示進(jìn)行編碼，因此充分縮減預(yù)測(cè)結(jié)果的集合使得贏得信令開銷。在極限的情況下，例如如果所有的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果都相等，則可以將候選的集合縮減為1，因此無需將與所選擇的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)結(jié)果有關(guān)的任何信息插入位流。